用于加工钣金件的一种自动沉孔机

一、引言

       钣金件 的 沉孔工 艺 广 泛地应用 在 电 子 电器 、 通信技术 、 汽车工业等领 域 ， 通常 是将钣金件放 置 于 台 钻上 进行钻孔 ， 当 沉孔精度要求不高时则 直接使用 便携式沉孔机进行加工 ， 由 此可见 ， 现 有 技术沉 孔加工 的效率和精度 不高 。 鉴于上述现 有技术 的 不足之处 ， 提供 一 种 自 动 沉孔机 ， 旨 在 解 决现 有技 术 中 加工沉孔的效率和精度低的技术 问题 ， 是十分必要的 。

二、 总体方案

        所述 的 自 动沉孔机 ， 包括底架 ， 钻孔 电 机 ， 固 定于钻孔 电 机输出 轴上 的钻 夹头 ， 与该钻夹头 连接 的沉孔钻头 ， 以及控制柜 ， 所 述 的 自 动 沉孔 机 还 包 括 水 平 地 设 置 于 底 架 上 的 工 作 台 ， 与 底 架 滑 动 连 接 的 龙 门 架 ， 与 龙 门 架 滑 动 连 接 的 且 用 于 驱 动 钻 孔 电 机 沿 竖 直 方 向 往 复 运 动 的 Ｚ 轴 组 件 ， 设 置 于 龙 门 架 上 且 用 于 驱 动 Ｚ 轴 组 件 沿 龙 门 架 的 横 梁长 度 方 向 往 复 运 动 的 Ｘ 轴 组 件 ， 与 机 架 连接 且 用 于驱 动 龙 门 架 沿 Ｙ 轴 方 向 往 复 运 动 的 Ｙ 轴 组 件 ， 设 置 于 控 制 柜 内 的 控 制 器 ， 以 及 设置 于控制 柜 上 的 工控机 ； 所 述 Ｘ 轴组件 、 Ｙ 轴 组 件 、 Ｚ 轴 组 件 和 钻 孔 电 机 分 别 与 控 制 器 电 性连接 。

        为 了 便于 阐 述 ， 定义 自 动 沉孔机的 龙 门 架 的 横梁长度方 向为 Ｘ 轴方 向 ， 与 Ｘ 轴方 向水平垂直 的方 向为 Ｙ 轴方 向 ， 竖直方 向 为 Ｚ 抽方 向 。 附 图 中所 示 ， 工作台和 机架 的长度方 向 与 龙 门 架的长 度方 向平行 。

        所述 的 自 动沉孔机 ， 包括底架 Ｕ ０ ， 钻 孔 电 机 ２４１ ， 固 定于 钻孔 电 机输 出 轴上 的钻夹 头 ２４３ （ 实际应用 中 ， 钻孔 电 机的输出 轴也可 以连接减 速机 ２４２ ， 减速机 的输 出 轴 再连 接钻夹头 ） ， 与 该钻夹头连接的沉孔钻头 ２４４ ， 以及控制柜 ５０ ， 所述 自 动沉孔机还包括水平地设置 于底架上 的工 作 台 １ ３０ ， 与 底 架滑动 连接的 龙 门 架 １ ２０ ， 与 龙 门架滑动连接的 且 用 于驱动钻孔 电 机沿竖直方 向 往复运动的 Ｚ 轴 组件 ， 设置 于龙 门架上且用 于驱 动 Ｚ 轴组件沿龙 门架 的横梁长度方 向 往复运动的 Ｘ 轴组件 ， 与机架连接且 用 于驱动龙 门架沿 Ｙ 轴 方 向往 复运动的 Ｙ 轴组件 ， 设置于控制柜 内 的控 制 器 （ 图 中 未示 出 ） ， 以及设置 于控制柜上 的工 控机 ５ ０ １ ； 所述钻孔 电机 ２４ １ 与 Ｚ 轴 组件滑动连 接 ， 所述工作台 １ ３０ 位于龙门架 １ ２ ０ 的横梁下方 ； 所述 Ｘ 轴组件 、 Ｙ 轴组件和 Ｚ 轴组件 、 钻孔 电 机 分别与 控制器 电性连接 。 所述控制器为 ＰＬＣ（ 可 编程逻辑控制器 ） 。 所述控制柜还设置有启 动按 钮 、 停止按钮 、 急停开关 、 警示灯 、 侧门 、 电源线 、 数据线等常规部件 。

三、 视觉系统

         所述机器视觉系统 包括与 Ｚ 轴组件连接的 工 业相机 ３ ０ １ ， 与 工业相机连接 且 竖直朝 下设置的 相机镜头 ３０２ ， 套设于相机镜头下端 的环形光源 ３０ ３ ； 所述工业相机与工控机电性连接 ； 所述工控 机安装有视频采集卡 以及 图像处理软件 。 工业相 机和所述钻孔 电 机之 间 相对静止 ， 即 自 动沉孔机

加 工 过程 中 ， 工 业 相机能 够实 时采集钣金件 上 加 工 出 的 各个沉 孔 的 图 像 信息 ； 工业相机将获取 的 各个沉孔 的 图 像发送至 工控机 ， 工控机将接收 到 图 像 信 息 进 一 步 处理从 而 实现视觉跟 踪 ， 防止 误 加 工 ， 自 动捕 捉缺 陷 ， 无 缺陷 出 品 ， 实 现生产 的 自 动化 。 实际应用 中 ， 在使用 机 器 视 觉 系 统 进 行 检 验 沉 孔 质 量 之 前 ， 首 先 将 采 用 传 统 方 式 检 测 判 定 合 格 的 各 个 尺 寸 规 格 的 沉 孔 的 表 面 图 像 作 为 标 准 模 板 发 送 至 所 述 工 控 机 中 。 所 述 工 控 机 安 装 有 相应 的 图 像 处 理 软 件 ， 所 述 工 控 机 将 接 收 到 工 业 相 机 采 集 的 图 像 进 行 处 理 和 分 析 ， 再 与 上 述 标 准 模 板 进 行 对 比 ， 可 实 时 判 定 沉 孔 质 量 合 格 与 否 以 及 具 体 的 缺 陷 类 型 （ 裂纹 、 毛 刺 、 卡钻 、 偏 孔 等 ） 。 

四 、 Ｘ 轴组件 Ｙ 轴 组件和 Ｚ 轴组件的 结构

      Ｘ 轴 组件包 括 彼此平行地设置于 龙 门 架 的 横 梁 上 的 第 一 滚 珠 丝 ２ １ ２ 杠 和 两 根 第 一 直 线 导 轨 ２ １ ３ ， 设置与龙 门架上且 与 第 一 滚珠丝杠 一 端连接 的 第 一 驱动 电 机 ２ １ １ ， 第 一 滚 珠丝杠螺纹连接 的 第 一 丝 杠螺 母 （ 图 中 未 示 出 ） ， 以 及 分别 与 两 根 第 一 直线导轨滑动连接 的 两 个第 一 滑块 ２ １ ４ ； 其 中 ， 第 一 驱动电机与控制 器 电性连接 。 

     Ｚ 轴 组件 包 括 与 两 个第 一 滑块和 第 一 丝 杠 螺 母 固 定连接 的 Ｚ 抽 组件 安装板 ２３ ０ ， 竖 直地设 置 于该 Ｚ 轴组件安装板上的第 三 滚 珠 丝 杠 ２ ３ ２ 、 第 三 驱 动 电 机 ２ ３ １ 和 两 根 第 三 直 线 导 轨 ２ ３ ４（ 图 ５ 的 视 角 仅 观 察 到 一 根 第 三 直 线 导 轨 ） ， 与 第 三 滚 珠 丝 杠 螺 纹 连 接 的 第 三 丝 杠 螺 母 ２ ３ ３ ， 分 别 与 两 根 第 三 直 线 导 轨 滑 动 连 接 的 两 个 第 三 滑 块 ２ ３ ５ ； 该 第 三 驱 动 电 机 的 输 出 轴 与 第 三 滚 珠 丝 杠 的 上 端 连 接 。 其 中 ， 第 三 驱 动 电 机 与 控 制 器 电 性 连 接 。

     Ｙ 轴 组 件 包 括 两 根 分 别 设 置 于 机 架 上 两 端 且 与 Ｙ 轴 方 向 平 行 地 设 置 的 两 根 第 二 直 线 导 轨 ２２７ ， 分别与 两根第二直线导轨滑动连接的 两个第 二 滑块 ２２８ ； 在机架上 两 端分别 与 两 根第 二 直 线 导轨平行设置 的 两根 第 二 滚 珠丝杠 ２２５ ， 分别 与 两根第 二滚珠丝杠螺 纹连接的 两 个第 二 丝杠 螺 母 ２２６ ， 以及用 于驱动 两根第二滚珠丝杠同步转动 的 Ｙ 轴驱动装 置 ； 所述龙 门架 的 两根 立柱 的 底部分 别与 同 一 端的第二滑块和第二丝杠螺母连接 。 

五 、 工作 台 的结构
 

     工作 台 包括沿 Ｘ 轴 方 向 并列 设置 的 第 一 工作 台 １ ３ １ 和 第 二工作 台 １ ３２ ， 第 一 工 作 台 和第 二 工 作 台 的尺 寸相 同 ， 方便相 同 尺寸 的钣金件 的连续 加 工 。 第 一 工作 台和 第 二 工作 台 分别对应设置 有 若干个用 于夹 紧 工件 的 凸 轮夹具 １ ３ ３ 。 第 一 工 作 台 和第 二工作 台 可进行交 替 工 作 ， 目卩 ： 第 一 工作 台 处于加工 时 ， 第 二工作 台 则完成卸 料和 上料工 作 ； 当 第 一 工作 台 完成加 工后 则对 第 二工 作 台 上 的钣金件进行加 工 ， 而对第 一 工作 台 上加工完 的 钣 金件进行卸料 ， 以及将下 一 块待加 工 的钣金件 固 定与 第 一 工 作 台 上 ， 如 此循环 交 替 工作 ， 实现 了 该 自 动 沉孔机 的 生产效率 。 由 于采 用 凸 轮 夹 具 无需压缩气源 ， 电动夹紧可靠 ， 实现快速更换工件 。 

     机架 上 位 于工 作 台 后侧设 置 有 用 于钻 夹 头进 行换 到 的 直线刀 库 １ ４０ 。 直 线 刀 库设 置 于机架后 侧 中 间 位 置 ， 距 离第 一 工作台和第 二 工作 台 的位 置 大 致相 等 。 附 图 ３ 所 示 直线 刀 库 的换 刀 位为 ３ 个 ， 但根据 实 际生产情 况 设置更 多 的换刀 位 。 通 过设 置 直 线刀库 ， 可实现 了 自 动沉 孔机 自 动换刀 （ 即更换钻头或其他相关刀 具 ） ， 相比手动换刀 ， 上 述 自 动换刀 即安全又便捷 ， 减 少 了 换刀 时 间 ， 即进 一 步提高了 生产效率 。 

六 、 结束语 

     综 上 所述 ， 本文 阐述 了 一 种 自 动 沉孔机 ， 通过 设 置 机架 、 工作 台 、 工 控 机 、 控制 器 、 Ｘ 轴 组 件 、 Ｙ 轴 组件 以 及 Ｚ 轴 组件 、 钻孔 电 机 、 沉孔钻 头 等部件 ， 实现 了 对沉孔钻头在 Ｘ 轴方 向 、 Ｙ 轴 方 向和 Ｚ 轴 方 向 上 的 运行进 行精确控制 ， 沉孔钻 头可对 固 定于 工作 台 上 的钣金 件进行快速钻孔 ， 提高了 生产效率 ， 由 于 Ｘ 轴组件 、 Ｙ 轴 组件 和 Ｚ 轴 组 件 的 控 制 方 式 均 为 数 控 ， 因 此 提 高 了 沉 孔 加 工 的 精 度 。 此 外 ， 通 过 设 置 机 器 视 觉 系 统 ， 实 现 视 觉 跟 踪 ， 防 止 误 加 工 ， 自 动 捕 捉 缺 陷 ， 无 缺 陷 出 品 ， 实 现 生 产 的 自 动 化 。 通 过 设 置 第 二 驱 动 电 机 驱 动 传 动 轴 转 动 ， 并 通 过 两 组 锥 形 齿 轮 带 动 两 根 第 二 滚 珠 丝 杠 转 动 ， 实 现 了 两 根 第 二 滚 珠 丝 杠 的 运 动 同 步 性 ， 进 一 步 提 高 了 加 工 质 量 。 通 过 设 置 第 一 工 作 台 和 第 二 工 作 台 ， 实 现 了 自 动 沉孔机 连 续生产 ， 提高 了 生产 效 率 。 通 过 设 置 直 线 刀 库 ， 实 现 了 自 动 沉 孔 机 自 动 换 刀 ， 减少 了 换刀 时 间